Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Характеристика ионного стабилитрона, относящаяся к типу S, страница 2

Линейную схему замещения по дифференциальным параметрам удобно применять, например, при расчете схем стабилизации, в которых рабочая точка перемещается в пределах участка ВАХ,  аппроксимированного одной линией. В этом случае схема рассчитывается как линейная – методами расчета линейных цепей постоянного тока. Необходимо при этом указывать область изменения напряжений и токов, для которых расчет будет верен. Например, для ВАХ рис.22.4а,б линейная схема замещения позволяет выполнить расчет при .

Методы расчета нелинейных цепей постоянного тока

В нелинейных цепях метод наложения неприменим, т.к. сопротивления Rзависят от значений токов. По этой же причине неприменимы методы контурных токов и узловых потенциалов. Расчет таких цепей выполняется по законам Кирхгофа.  Система уравнений для постоянных  токов  - нелинейная алгебраическая, решение которой выполняется, как известно из математики, графически, аналитически или численно. Численный метод зачастую дополняет графическое или аналитическое решение.

При решении системы нелинейных алгебраических уравнений представляет интерес вопрос единственности решений.  Если все характеристики нелинейных элементов монотонны – решение единственное. Если есть хотя бы один элемент с немонотонной характеристикой, может иметь место несколько решений, часть из которых будут неустойчивыми.

Примеры расчета нелинейных цепей постоянного тока  даны в приложении 1.

Задание на эксперимент

1.  Собрать цепь рис.22.5. Напряжение постоянного источника питания, расположенного на стенде, плавно регулируется в пределах 0¸24 В. Сопротивление  служит для ограничения  тока в цепи и его измерения. Величина этого сопротивления выбирается, исходя из допустимого максимального тока через нелинейный элемент. Допустимые токи для нелинейных элементов указаны на стенде данных. Напряжения на источнике питания,  и нелинейном элементе = измеряются с помощью электронного вольтметра, который поочередно подключается к соответствующим точкам схемы.

2.  Снять вольт-амперные характеристики лампы накаливания и стабилитрона при положительном и отрицательном напряжениях. Результаты эксперимента занести в таблицы 22.1, 22.2.

Таблица 22.1

N п/п	Лампа накаливания
	U
	В	В	В	Ом	мА
1 2 3 . 8

Таблица 22.1

N п/п	Лампа накаливания
	U
	В	В	Ом	мА
прямое включение
1 2 3 . 8
обратное включение
1 2 3 . 8

3.  Собрать схему рис.22.6. Сопротивление  выбрать, исходя из допустимого тока нелинейных элементов. Снять вольт-амперную характеристику  двух последовательно включенных  нелинейных элементов. Результаты занести в таблицу, аналогичную таблице 22.1.

4.  Собрать схему рис.22.7. Снять вольт-амперную характеристику    параллельно-включенных нелинейных элементов. Результаты занести в таблицу, аналогичную таблице 22.1.

 

5.  Снять зависимость  в схеме рис.22.7. Напряжение на генераторе установить максимальное. Снять данные для четырех значений . Результаты занести в таблицу 22.3.

Таблица 22.3

N п/п	Параллельное соединение U=……В
	Ом	В	мА
1 2 3 4

Обработка  результатов эксперимента

1.  На одном графике, используя разные цвета, построить ВАХ лампы, стабилитрона, их последовательного и параллельного соединения. Для построения использовать миллиметровку размером не менее 100х150 мм. На графиках следует четко показать все точки, соответствующие опытным данным (кружки или крестики).

2.  По результатам п.2 задания на эксперимент графически получить входную характеристику  при последовательном  и параллельном соединении лампы накаливания и стабилитрона. Сравнить с экспериментом.

3.  Рассчитать графически зависимость  для  последовательного соединения лампы накаливания и стабилитрона. Для расчета использовать экспериментальную зависимость  п.3 задания на эксперимент. Расчет выполнить методом пересечений, считая  внутренним сопротивлением эквивалентного генератора. Сравнить с экспериментальной зависимостью.

4.  Рассчитать графически зависимость для параллельного соединения лампы накаливания и стабилитрона. Для расчета использовать экспериментальную зависимость  п.4 задания на эксперимент. Расчет выполнить методом пересечений, считая  внутренним сопротивлением эквивалентного генератора. Сравнить с экспериментальной зависимостью  по результатам п.5 задания на эксперимент.

Вопросы для самопроверки

1.  Какие электрические цепи называются нелинейными?

2.  Что такое вольт-амперная  характеристика? Как ее получить?

3. Приведите пример нелинейного элемента (НЭ) с вольт-амперной характеристикой: симметричной, несимметричной; монотонной, немонотонной.

4. Что такое линейная схема замещения НЭ по статическим и дифференциальным параметрам? Как рассчитать эти параметры?

5.  Что такое входная ВАХ? Как ее получить?

6.  Чем отличается ВАХ активного и пассивного НЭ?